SU1056160A1 - Вторичный источник посто нного напр жени с защитой - Google Patents

Description

. Изобретение относитс  к источникам питани  радиоэлектронной аппаратуры и предназначено дл  ис-пользовани  в аппаратуре с большим ;потреблением тока (до 200 А и выше). например в стендах элактротермотренировки (ЭТТ) матричных БИС,гдеостро стоит проблема защиты цепей, подверженных перегрузкам при переходных процессах, протекающих в ч моменты включени  источника и выхода его из аварийного режима после сн ти  перегрузок.

Известен вторичный источник посто нного напр жени  с защитой,содержащий ключевой преобразователь посто нного напр жени  в переменное , выпр митель сетевого напр жени , выходной трансформатор, две вторичные обмотки которого соединены с высокочастотными выпр мител ми и стабилизаторами выходного напр жени , защитный блок, в котором задающий генератор выходом соединен с входом ключевого преобразовател , трансформаторный датчик тока, выпр митель с фильтром, электронный ключ на тиристоре, параметрический стабилизатор Напр жени , орган блокировки защиты, релаксационный генератор и транзисторный ключ 1 . ,

Однако данное устройство обеспечивает защиту от перегрузок и коротких замыканий лишь в стационарном режиме. В моменты включени  источника на нагрузку, в том числе емкостную , дл  устранени  срабатывани  защиты предусмотрен дополнительно введенный орган блокировки защиты. В этом источнике не обеспечиваетс  защита цепей, подверженных перегрузкам в моменты включени  источника, т.е., при работе его на емкостную нагрузку, что приводит к выходу изстро  источника.

В момент включени  источника конденсатор , вход щий в состав фильтра входного (сетевого) выпр мител , не зар жен и представл ет собой короткозамкнутую цепь по входу источника питани . Поскольку в сильноточных источниках величина емкости конденсатора входного фильтра значительна (пор дка нескольких тыс ч микрофарад ), то дл  зар да этого конденсатора необходим пиковый ток пор дйа нескольких дес тков ампер. Аналогичным образом, выходные высокочастотные фильтры имеют в своем составе электролитические конденсаторы большой емкости. Чем жестче требовани  к пульсаци м выходного напр жени , тем больше величина этой емкости. В течение времени нарастани  выходного напр жени  источника питани  электролитические конденсаторы пред ставл ют собой из-за большого тока 1эар да фактически короткое замыкание

вторичных обмоток выходного трансформатора . При этом токи через переключающие транзисторы ключевого преобразовател  могут повысить предельно допустимые, приводит к выходу транзисторов и, следовательно,всго устройства из стро .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  вторичный источник посто нного напр жени  с защитой от короткого замыкани ,содержащий включенные последовательно выпр митель с фильтром, силовой ,преобразователь с ключевыми транзисторами и выходным трансформатором , к вторичной обмотке которого .подключен выходной высокочастотный выпр митель с фильтром, параллельно выходным выводам дл  подключени  нагрузки включен усилитель рассогласовани , выход которого подключен к блоку управлени  ключевыми транзисторами силового преобразовател , образованному схемой задержки, св занной с задающим генератором , который через фазорасщепитель и через, логические элементы, св занные со схемойзадержки,подключен к усилителю мощности, выходы которого раздельно соединены с ключевыми транзисторами силового преобразовател , параллельно выходным выводам дл  подключени  нагрузки включен блок защиты источника в стационарном режиме, образованный последовательно соединенными резистором и диодом тиристорного оптрона, динистор которого подключен к цепи коллектор-база введенного транзистора , эмиттер которого через дополнительные и основные логические элементы св зан с входами усилител  мощности 2 .

Недостатки известного устройства обусловлены тем, что при включении источника и выходе из аварийного режима после сн ти  перегрузок,когда имеют место переходные процессы, не исключена возможность выхода источника из стро  из-за отсутстви  защиты входных и выходных цепей,подверженных перегрузкам. Кроме того, защита источника предусмотрена лишь в стационарном режиме, а на врем  установлени  переходных процессов она (защита) не работает за счет введени  средств блокировки. В момент включени  источника конденсатор фильтра входного (сетевого) выпр мител  не зар жен и представл ет собой короткозамкнутую цепь по входу. Дл  зар да этого конденсатора , емкость которого составл ет несколько тыс ч микрофарад, необходим пиковый ток пор дка нескольких дес тков ампер. При таком токе сгорает входной предохранитель устройства . Конденсатор фильтра высокочастотного выходного выпр мител  также не зар жен в момент включени  источника или выхода из аварийного режима, в результате чего он также представл ет собой короткозамкнутую цепь по выходу источника. Дл  зар да этого конденсатора, имеющего емкость пор дка дес тков тыс ч микрофарад (с учетом емкости нагрузки), необходим пиковый ток нагрузки пор дка сотен ампер, привод щий к выходу из стро  ключевых транзисторов силового преобразовател . При работе источника на емкостную нагрузку в момейт включени  транзистор, наход щийс  в блоке защиты источника в стационарном режиме, закрыт, в результате чего блок управлени  клю- чевыми транзисторами силового преобразовател  блокирован. При этом необходимо отключить блок защиты дл  зар да конденсатора фильтра выходного выпр мител , что может привести к перегрузке силового преобразовател  из-за превышени  токов, протекающих через ключевые транзисторы , предельно допустимых значений. При протекании описанных проц-ессов одновременно (зар да конденсаторов входного и. выходного фильтров) в момент включ ени  источника или выхода его из аварийных режимов имеет место значительное (в несколько раз увеличение пиковых значений токов зар да. , ,

Таким образом, недостаток известных источников питани  выражаетс  в низкой надежности работы, обусловленной перегрузками входных и выходных цепей при включении источников. Особенно этот недостаток про вл етс  в сильноточных источниках,т.е. рассчитанных на аппаратуру с большим потреблением токов.

Цель изобретени  - увеличение надежности в работе источника, а также снижение нестабильности выходного напр жени .

Поставленна  цель достигаетс  тем что во вторичный источник посто нного напр жени  с защитой, содержащий выпр митель с UC -фильтром, один из силовых входов которого подключен к одному из входных выводов, а его силовые выхоли подключены к входам силового преобразовател  с трансформатором , к вторичной обмотке которого подклю.чен высокочастотный выпр  ми т ель с LC -фильтром, один из силовых выходов которого подключен к одному из выходных выводов, а другой подключен к силовому входу датчика тока, соединенного силовым выходом с другим выходным выводом, ус.илитель рассогласовани , подключенный входом к выходному выводу, блок защиты вход которого подключен к выходу

датчика тока, один из выходов - к первому входу компаратора, блока управлени , второй вход компаратора подключен к выходу генератора блока управлени , а выход компаратора к входу усилител  мощности блока управлени , соединенного выходами с управл ющими входами силового преобразовател , введены блок плавного запуска, управл емый ключ и схема ИЛИ, причем один из входов схемы ИЛИ подключен к выходу усилител  рассогласовани , а выход к третьему входу компаратора блока управлени , второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом формировател  уровн  сигнала блока плавного запуска, соединенного входами с вторым выходом блока защиты и с выходом генератора син- хронизации блока плавного запуска,

соединенного входом с выводом дл  подключени  сети, а вторым выходом с -входом формировател  длительности импульсов блока плавного запуска, второй вход которого подключен к

силовому выходу выпр мител , а выход - к управл ющему входу управл емого ключа, включенного между одним из входных выводов и другим выводом выпр мител .

При таком, выполнении вторичного

источника посто нного напр жени  с защитой обеспечиваетс  плавный зар д конденсаторов входного ..и выходного (} ильтров за счет того,что блоу плавного запуска открывает управл емый ключ так, что не все сетевое напр жение, а лишь часть его выпр мл етс  и зар жает конденсатор низкочастотного входного фильтра. При этом длительность импульсов управлени  и, следовательно, сетевых импульсов, плавно возрастает, в результате чего при интегрировании сетевых импульсов напр жени  входным LC-фильтром напр жение, зар жающее конденсатор фильтра, плавно увеличиваетс  практическис нулевого уровн . При этом ток зар да конденсатора входного фильтра не превышает номинального значени  и входные цепи источника не перегружаютс  .

За счет схемы ИЛИ и блока плавного запуска после плавного зар да конденсатора входного фильтра обеспечиваетс  плавный (практически с

нулевого уровн ) зар д конденсатора выходного фильтра, исключа  тем самым перегрузку силового преобразовател .

На чертеже изображена функциональна  схема источника питани  посто нного напр жени  с защитой.

Устройство содержит выпр митель 1 с LC-фильтром, состо щим из дроссел  и конденсатора, подключенного

к .силовому преобразователю 2, имеющему в своем составе ключевые тран зисторы и выходной трансформатор, вторична  обмотка которого подключ на к выходному высокочастотному вы пр мителю 3 с LC-фильтром, образо ванным дросселем и.конденсатором, подключенным к выходным выводам дл подключени  нагрузки 4 и к входу у лител  5 рассогласовани , вход ко ,торого подключен к первому входу схемы ИЛИ 6, второй вход которого соединен с выходом блока 7 плавного запуска,, состо щего из генератора 8 синхронизации, формировател  9 регулируемой длительности импульсов запуска и формировател  10 уров н  сигнала. Другой выход блока 7 плавного запуска,  вл ющийс  выходом формировател  9., соединен с управл ющим входом ключа ll,включенно го в сеть последовательно с дросселем входного низкочастотного фильтра , выпр мителем 1 и конденсатором входного фильтра. Выход схемы ИЛИ б подключен к входу блока 12 управлени  ключевыми транзисторами силового преобразовател  2. Блок 12 имеет в своем составе генератор 13 компаратор 14 и усилитель 15 мощности , выходы которого,  вл ющиес  выходами блока 12, раздельно соединены с базами ключевых транзисторов силового преобразовател  2.Второй вход компаратора 14 блока 12 подключен к выходу блока 16 защиты источника в стационарном режиме, св занному по входу с датчиком 17 тока, а по другому выходу - с входо формировател  10 уровн  сигнала бло ка 7 плавного запуска. Источник питани  посто нного напр жени  с защитой работает следующим образом. При подаче сетевого напр жени  посредством синхронизирующего генератора 8 происходит запуск формирователей 9 и Ib блока 7 плавного запуска. При этом формирователь 10 уровн  сигнала вырабатывает, уровень высокого напр жени , который через схему ИЛИ б поступает на вход компаратора 14 блока 12. При этом компаратор 14 вырабатывает сигнал, запрещающий работу усилител  15 мощности , в результате чего ключевые транзисторы силового преобразовател  2 закрыты, напр жение ца выход источника питани  отсутствует.Одновременно формирователь 9 регулируемой длительности импульсов запуска вырабатывает управл ющие импульсы которые поступают на семисторный ключ 11. Длительность управл ющих им11ульсов в момент включени  источника плавно увеличиваетс  с двойной частотой сети. По приходу управл ющих импульсов семистор открывает .с , часть входного напр жени  сети выпр мл етс  и зар жает конденсатор низкочастотного входного фильтра. При интегрировании сетевых импульсов напр жени  посредством входного LC-фильтра напр жение, зар жающее конденсатор входного фильтра,плавно увеличиваетс  практически С.нулевого уровн , в результате чего ток зар да конденсатора не превышает номинального значени  и входные цепи .источника питани  не перегружаютс . Таким образом, напр жение на конденсаторе входного фильтра плавно растет до рабочего значени . После плавного зар да конденсатора входного низкочастотного фильтра выпр мител  1 происходит плавный зар д конденсатора высокочастотного выходного фильтра выпр мител  3, в том числе и емкости нагрузки.Это происходит .следующим образом.Формирователь 10 уровн  сигнала блока 7 плавного запуска вырабатывает плавно убывающее напр жение, которое через схему ИЛИ б поступает на один вход компаратора 14, на другой вход {которого поступает пилообразное напр жение с генератора 13. На выходе компаратора 14 по вл ютс  импульсы с посто нной частотой, плавно мен ющиес  по длительности. Эти импульсы через усилитель 15 мощности управл ют ключевыми транзисторами силового преобразовател  2. На.вторичной обмотке выходного высокочастотного трансформатора силового преобразовател  2 по вл ютс  импульсы, плавно увеличивающиес  по длительности.Эти импульсы поступают в выпр митель с фильтром выпр мител  3, где выпр мл ютс  и сглаживаютс . При интегрировании этих импульсов посредством выходного высокочастотного фильтра напр жение, зар жающее конденсатор фильтра, плавно увеличиваетс  практи 1ески с нулевого уровн . При этом ток. зар да не превышает номинального значени  и не перегружает силовой преобразователь 2. При увеличении напр жени  на конденсаторе выходного фильтра (выходного напр жени  источника питани  ) до рабочего значени  усилитель 5 рассогласовани  вырабатывает .сигнал, уровень которого выше уровн  сигнала с выхода формировател  10. Сигнал с выхода усилител  5 рассогласовани  поступает на вход компаратора 14, стабилизиру  тем самым длительность импульсов на его выходе.Источник питани  переходит в стацйона1рный режим работы, при котором действие блока 7 плавного запуска ограничено. Ограниченность действи  блока плавного запуска заключаетс  в том, что в стационарном режиме работы блок плавного запуска способствует поддержанию посто нного

рабочего напр жени  на конденсаторе входного низкочастотного фильтра, что снижает нестабильность выходного напр жени  источника при колебани х питающего напр жени . Данное качество обеспечиваетс  введением обратной св зи между входом блока 7 плавного запуска и выходом блока выпр мите . л  1.

При перегрузках по току или коротких замыкани х на выходе источника , фиксируемых датчиком 17 тока, срабатывает блок 16 защиты источника в стационарном режиме, на выходе которого по вл етс  сигнал уровн  Логическа  1, поступающий на вход формировател  10 уровн  сигнала.Последний вырабатывает уровень высокого напр жени , который через схему ИЛИ 6 поступает на вход компаратора 14, блокиру  выход усилител  5 рассогласовани . По получении сигнала с выхода формировател  10 компаратор 14 вырабатывает сигнал, запрещающий работу усилител  15 мощности, в результате чего ключевые транзисторы силового преобразовател  2 закрываютс  и напр жение на выходе источника питани  падает до нул .- , .

После сн ти  перегрузки на выходе источника, фиксируемой датчиком 17 тока, блок 16 защиты источника в стационарном режиме формирует сигнал уровн  Логический О, который поступает на вход формировател  10 блока 7 плавного запуска. Далее происходит включение источника описанным образом после выхода из аварийного режима.

Таким образсм, в предлагаемом источнике питани  обеспечиваетс  защита цепей, подверженных перегрузкам, в моменты включени  источника и его выхода из аварийного режима после сн ти  перегрузки.

Двухступенчатое включение схемы исключает одновременный зар д конденсаторов фильтров и тем самымустран ет перегрузку входных- цепей. в момент вкгаочени .

Поскольку в предложенном устройстве дл  стабилизации выходного напр жени  реализован принцип широтно-импульсной модул ции, это jciaeT возможность повысить кпд и увели- , чить мощность, отдаваемую в нагрузку ..

Claims (1)

1. (57 ) ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ, содержащий выпрямитель с LC-фильтром, один из силовых входов которого ' подключен к одному из входных выводов, а его силовые выходы подключены к входам силового преобразователя с трансформатором, к вторичной обмотке которого подключен высокочастотный выпрямитель с LC-фильтром, один из силовых выходов которого подключен к одному из выходных выводов, а другой подключен к силовому входу датчика тока, соединенного ’силовым выходом с другим выходнымвыводом, усилитель рассогласования, подключенный входом к выходному выводу, блок защиты, вход которого подключен к выходу датчика тока, один из выходов - к пёрвому входу компаратора блока управления; второй вход компаратора подключен к' выходу генератора блока управления, а выход компаратора - к входу усилителя мощности блока управления,соединенного выходами с управляющими входами силового преобразователя, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения надежности в работе источника и снижения нестабильности выходного напряжения, в него введены блок плавного заНуска,управляемый ключ и схема ИЛИ, причем один из входов схемы ИЛИ подключен к выходу усилителя рассогласования,а выход - к третьему входу компаратора блока управления, второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом формирователя уровня сигнала блока плавного запуска, соединенного входами с вторым выходом блока защиты и с выходом генератора синхронизации блока плавного запуска,, соединенного входом с выводом для подключения сети, а вторым выходом с входом формирователя длительности импульсов блока плавного запуска, второй вход которого подключен к силовому выходу выпрямителя , а выход - к управляющему входу управляемого ключа, включенного между одним из входных выводов и другим выводом выпрямителя.